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Exercices d'application : Maîtriser la Température et la Pression

Mettez en pratique vos connaissances sur l'influence de la température et de la pression avec ces exercices variés, allant des calculs simples aux analyses de diagrammes de phase.

Exercice 1 : Changement d'état de l'eau

Une masse de 500g de glace est initialement à -10°C. On la chauffe jusqu'à la transformer complètement en vapeur à 100°C. Décrivez les étapes successives de la transformation, en indiquant les températures de changement d'état. (Chaleur latente de fusion de la glace : 334 J/g; Chaleur latente de vaporisation de l'eau : 2257 J/g; Capacité thermique massique de la glace: 2.1 J/g/°C; Capacité thermique massique de l'eau liquide: 4.18 J/g/°C) Calculez la quantité de chaleur totale nécessaire pour réaliser cette transformation. Expliquez pourquoi on utilise les chaleurs latentes et massiques.

Exercice 2 : Influence de la pression sur l'ébullition

Expliquez pourquoi l'eau bout à une température plus basse en haute montagne. Donnez un exemple concret d'une situation où cette différence de température d'ébullition peut poser un problème. Comment pourrait-on contourner ce problème?

Exercice 3 : Analyse d'un diagramme de phase

Consultez un diagramme de phase de l'eau. Identifiez les points suivants : point triple, point critique. Expliquez ce que représentent ces points. Dans quelles conditions de température et de pression, l'eau peut-elle exister simultanément sous ses trois états (solide, liquide, gaz) ?

Exercice 4 : Sublimation du dioxyde de carbone

La glace sèche (CO2 solide) se sublime à température ambiante. Expliquez pourquoi. Quelles sont les applications de ce phénomène ? (Exemple: conservation des aliments lors d'un transport).

Exercice 5 : Application : Autocuiseur (cocotte-minute)

Expliquez comment un autocuiseur permet de cuire les aliments plus rapidement. Pourquoi la pression est-elle importante dans ce processus? Quels sont les avantages et les inconvénients de l'utilisation d'un autocuiseur?

Ce qu'il faut retenir

  • La température et la pression sont des paramètres clés qui influencent les changements d'état de la matière.
  • Les chaleurs latentes de fusion et de vaporisation sont des quantités d'énergie nécessaires pour effectuer les changements d'état à température constante.
  • Les points de fusion et d'ébullition dépendent de la pression.
  • Les diagrammes de phase sont des outils utiles pour prédire l'état d'une substance en fonction de la température et de la pression.

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FAQ

  • Pourquoi est-il important de connaître les chaleurs latentes ?

    Les chaleurs latentes permettent de calculer la quantité d'énergie nécessaire pour changer l'état d'une substance sans modifier sa température.
  • Comment la pression influence-t-elle la cuisson des aliments ?

    Une pression plus élevée augmente la température d'ébullition de l'eau, permettant une cuisson plus rapide.
  • Où peut-on trouver des diagrammes de phase ?

    Les diagrammes de phase sont disponibles dans les manuels de chimie et sur internet.